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锦州医大:外泌体姜黄素抑制Tau磷酸化改善AD小鼠认知功能

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发表于 2019-4-24 22:17:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
锦州医科大学:外泌体-姜黄素通过抑制AKT/GSK-3β相关的Tau蛋白磷酸化有效改善AD小鼠的认知功能

阿尔茨海默病是一种致命的神经退行性疾病,由于发病机制不清楚,药物不能通过血脑屏障,目前在阿尔茨海默病的治疗中缺乏有效的诊断和治疗方法。近日,来自锦州医科大学赵亮、梁佳、史一杰课题组的研究人员在Nanoscale杂志(IF 7.233)发表文章,研究人员设计了一种基于外泌体的姜黄素载体,实现了颅内给药并用来缓解阿尔茨海默病症状。

阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病,具有潜伏和渐进发作的特点。AD临床表现包括进行性记忆丧失、认知功能障碍、执行功能障碍和行为改变等。尽管AD的病因和发病机制尚未阐明,但已积累了证据表明AD与β淀粉样蛋白(Aβ)沉积形成的细胞外炎症斑块(NPs/senile plaques, SP)以及由Tau磷酸化蛋白形成的神经元纤维缠结相关。

在过去几年中,通过靶向Aβ,研究人员试图寻找有效的药物来抑制Aβ蛋白的产生和聚集或者清除Aβ蛋白。然而,这些药物都未能逆转AD或延迟AD进展。Aβ单克隆抗体solanezumab和bapineuzumab在III期临床试验中的失败也使大家开始质疑Aβ作为治疗靶标的有效性。

如今,越来越多的研究人员转而关注抑制Tau蛋白的磷酸化和聚集并作为治疗靶点。结果发现,过度激活GSK-3β会增加Tau蛋白过度磷酸化(Ser-396位点),从而导致神经原纤维缠结(NFTs)的形成和微管的解聚,进一步引起一系列细胞代谢紊乱并影响轴突和树突之间的物质运输。因此,这种机制为我们提供了一种有效的方式来抑制GSK-3β介导的Tau蛋白磷酸化,从而减轻甚至治疗阿尔茨海默病。

除了寻找新靶点新药物以外,寻求一种策略来帮助药物穿过血脑屏障(BBB)并实现颅内药物输送也很重要。血脑屏障的存在极大地阻碍了药物在脑中的渗透和积累,治疗效果很差。一般来说,只有分子量低于400Da的脂溶性物质才能通过血脑屏障。然而,超过98%的药物分子无法满足这些苛刻的要求。为了增强颅内给药效果,通过手术、输入高渗液和药物化学修饰等方法都在应用于穿透血脑屏障,最终增加颅内药物进入量。但是,这些方法不可避免地出现诸如脑感染风险、全身非特异性吸收以及药物对正常器官毒性等缺点。因此,寻找合适的策略以实现AD治疗的同时并做到穿越血脑屏障具有重要意义。

外泌体(Exo)作为细胞衍生的双层脂质囊泡,直径为40-100nm,主要作用是细胞间的信息交换和物质转移。由于其优异的表征,外泌体也被认为是理想的药物递送载体。与细胞膜一样,外泌体具有脂质双分子结构,这为外泌体提供了有效包装疏水性和亲水性药物的可能性。由于外泌体广泛存在于人体中,例如血液、尿液和脑脊液,因此外泌体具有低免疫原性特点,并且在人体中具有更长的循环半衰期。此外,外泌体表面的肽可以与靶细胞上的受体特异性结合,从而加速外泌体在靶组织中的积累。因此,外泌体在通过配体受体介导的主动靶向递送药物方面具有巨大应用价值。

姜黄素(1,7-双(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1,6-庚二烯-3,5-二酮,curcumin)是一种新型天然来源的治疗AD的药物。姜黄素结构简单,可以调节Tau的磷酸化。关于Tau磷酸化调节的治疗AD已有报道,因此研究人员旨在从分子水平研究姜黄素对Tau磷酸化调节的影响。为了克服姜黄素溶解度和生物利用度相关题,研究人员用姜黄素处理的小鼠巨噬细胞,制备了细胞分泌的包含姜黄素的外泌体(Exo-cur),这样就改善了姜黄素的溶解度、稳定性和组织生物利用度。外泌体上携带有巨噬细胞来源的淋巴细胞功能相关抗原(LFA-1),LFA-1可以与内皮细胞粘附分子(ICAM-1)相互作用,介导外泌体穿过血脑屏障的侧向迁移和渗透, 这样Exo-cur可以有效地穿透血脑屏障并将更多的姜黄素转移到脑中。研究人员使用冈田酸(OA)诱导Tau蛋白过度磷酸化并建立AD动物模型,通过抑制OA诱导的Tau磷酸化来评估Exo-cur的治疗效果。结果还发现,Exo-cur还可以通过激活AKT / GSK-3β途径抑制Tau蛋白的磷酸化,从而在体内外防止神经元的死亡并减轻AD的症状。

这项研究结果表明,外泌体包装姜黄素通过受体介导的转胞吞作用高效穿透血脑屏障以进入脑组织并抑制Tau磷酸化,在AD治疗中具有改善靶向药物递送和神经功能恢复的巨大潜力。

参考文献:Wang H, Sui H, Zheng Y, Jiang Y, Shi Y, Liang J, Zhao L. Curcumin-primed exosomes potently ameliorate cognitive function in AD mice by inhibiting hyperphosphorylation of the Tau protein through the AKT/GSK-3β pathway. Nanoscale. 2019 Apr 11;11(15):7481-7496.
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